单相级联整流器开路故障诊断和容错均压空间矢量脉宽调制算法

针对单相级联H桥整流器(CHBR)的功率开关器件存在的开路故障问题,研究一种开关管开路故障的快速诊断算法,以及针对开关管开路故障的容错均压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。首先,该文分析单相CHBR功率开关管开路故障时电流流通路径的变化,建立电流误差变化率的分析模型,并提出一种基于电流误差变化率的快速诊断算法。该算法可以快速且准确地定位到故障开关管,且易于在程序中实现。其次,该文提出一种故障容错均压SVPWM算法,该算法在开关管开路故障时利用冗余矢量和冗余开关状态可以使系统在发生故障时仍然可以正常运行,并且各模块间的直流电压也能保持均衡。最后,通过仿真和实验验证了该文所提算法的可行性。

PETT高压级联整流器控制策略研究

随着新型功率半导体器件的不断涌现和广泛应用,轨道交通用电力电子牵引变压器(Power Electronic Traction Transformer,PETT)逐渐成为业内的研究热点,高压级联整流器是PETT系统的核心部件。文章在同步旋转坐标系下,提出一种基于瞬时功率平衡的改进型单相四象限控制策略,实现了对高压级联整流器电流基波有功分量和无功分量的快速调节;通过对高压级联整流器各功率模块吸收功率的调节,实现各功率模块直流电压平衡控制;最后提出高压级联整流器特定次谐波抑制方法,将特定次谐波的调制波指令叠加在基波控制和电压平衡控制的调制波指令上,形成总的调制波指令,实现对PETT高压级联整流器的综合控制。试验表明,当牵引网电压骤降20%时,其扰动修复时间小于20 ms;在电网电压产生畸变时,可保证电网侧电流无3、5、7次低次谐波;同时当高压级联整流器的负载相差20%时,控制系统仍能维持直流电压平衡。

单相级联H桥整流器平方电压反馈控制算法

以单相级联H桥整流器为研究对象,对其控制策略进行了研究。首先在采用双闭环控制策略的基础上,构建了dq前馈解耦模型,并通过二阶广义积分算法改善了虚拟交流分量对系统的影响,实现了网侧电流对电压相位、频率的快速精确追踪。其次,对传统电压平衡控制算法进行了改进,通过对功率平衡关系的定义,将输出电压平方作为控制信号,增强了系统自适应能力,提高了系统在投切载时的动态性能。最后,基于MATLAB/Simulink软件进行仿真,验证了所提策略的正确性和有效性。

煤矿场景下单相级联H桥整流器解耦控制方法研究

针对单相级联H桥整流器的电力电子设备在煤矿场景下运行过程中直流侧存在二次电压纹波,导致网侧电流畸变、电容值漂移等问题,通过分析单相级联H桥整流器直流侧二次电压纹波的形成原因,提出了一种基于分裂电容不相等的独立型解耦拓扑的优化控制方法。该方法通过在电容两端叠加二倍工频的电压来抵消二次电压纹波,实现了直流侧二次电压纹波的有效抑制。针对3种基于构造二次电压的解耦方式(直流分裂电容值不等,直流电压分量相等;直流分裂电容值不等,且直流电压分量也不等;直流分裂电容值相等,直流电压分量不等)进行了参数设计和控制策略的研究,并通过分析参数对二次电压幅值的影响,确定了最优的参数取值范围,以实现有效的功率解耦,并减小电容值,降低设备体积和成本。仿真结果表明:①在0.2 s时加入分裂电容的独立型解耦拓扑(SC−IAPD)电路,基于解耦方式2的SC−IAPD电路控制方法、基于解耦方式2的SC−IAPD电路的优化控制方法、基于解耦方式1的SC−IAPD电路控制方法的直流侧输出电压纹波都控制在1~1.5 V,说明对称半桥解耦电路可有效抑制直流电压波动,同时在负荷变化时具有良好的解耦性能。②在轻载切重载的情况下,基于解耦方式2的SC−IAPD电路的优化控制方法能快速跟随负载变化,实现纹波的抑制,具有更强的带载能力和更佳的解耦效果。而在重载切轻载的情况下,基于解耦方式1的SC−IAPD电路控制方法能够更好地实现解耦性能,将电压纹波控制在1 V以内。如果考虑电容值的最小化,基于解耦方式2的SC−IAPD电路的控制方法则更具优势。实验结果表明:①负载突变前,传统控制方法和基于二次电压的解耦控制方法都能有效抑制直流侧的电压纹波,但基于二次电压的解耦控制方法在抑制电压纹波方面效果更佳,使直流侧的电压纹波更小。②负载突变后,传统控制方法无法维持直流侧电压的稳定性,出现较大的震荡,失去稳定性。

级联H桥整流器谐波分析及混合控制

针对单相级联H桥整流器(cascadedH-bridge rectifier,CHBR)输入输出瞬时功率不平衡导致直流侧电压中含有二倍频纹波,造成网侧电流低次谐波污染的问题,提出了一种嵌入N次陷波滤波器的混合控制策略。首先根据CHBR数学模型和双闭环控制策略,分析CHBR网侧电流谐波产生的机理及推导其谐波分布规律。其次在dq旋转坐标系下的前馈解耦控制基础上,引入瞬态直接电流控制思想。然后分析了N次陷波滤波器对网侧电流谐波的抑制效果,给出N次陷波滤波器参数设计和离散方法。接着详细讨论了N次陷波器嵌入电流内环控制的设计方法,该方法有效抑制了网侧电流的3、5、7次等低次谐波,减少了PI控制器的负荷。最后,实验结果表明所提控制策略具有更小的电压超调和更短的动态响应时间,明显降低了网侧电流畸变率。

电容失配下MAPD型级联H桥整流器纹波分析及控制

针对直流分裂电容型复用式有源功率解耦(MAPD)电路在电容失配下解耦效果变差的问题,提出一种适用于电容失配情况下的控制策略。首先,将MAPD电路移植到单相级联H桥整流器(CHBR)中,阐述了所结合电路的优势,分析了MAPD电路在电容匹配下运行的机理。其次,考虑到电容容值容易随温度等因素发生变化,对电容失配下电路中衍生的纹波进行分析,对分裂电容的电压参考值进行修改,研究电容失配情况下的纹波抑制方法,设计一种针对电容失配情况下的双环路控制策略,可有效解决电容失配对系统解耦产生的影响,具有鲁棒性好、解耦精度高的特点。仿真和实验结果均验证了所提出控制策略的有效性。

单相PET级联整流SVPWM均压边界及拓展方法

电力电子变压器(power electronic transformer,PET)是交直流配电系统互联的重要接口设备,然而后级等效负载不平衡将造成前级整流器各模块的电压偏移。针对单相级联H桥整流器空间矢量调制均压失效问题,推导出基于最优矢量选择均压策略的边界计算方法。根据计算所得的负载不平衡度限制边界与级联模块数、调制度以及功率因数的关系,提出了变调制度和功率因数的控制策略以增加均压能力。该策略通过改变直流电压或降低功率因数来重建更宽的均压工作范围,确保原不平衡度均压极限的系统稳定运行。最后,通过三模块级联整流器的仿真与实验验证了该均压边界的正确性,以及所提均压拓展方法保障极端不平衡负载条件下均压的有效性。

单相级联H桥整流器电压平衡控制策略

以无工频变压器牵引传动系统前端的单相级联H桥整流器(CHBR)为研究对象,构建了其数学模型,在电压电流双闭环控制策略的基础上,引入无锁相环技术,改进瞬态电流控制策略。实现了系统发生扰动时,网侧电流对电压相位频率的快速精确追踪。进一步地,对传统附加平衡电压控制策略加以改进,增加模糊控制技术,解决了CHBR在非理想电网或负载大范围投切载时,存在的直流侧各级电容电压不平衡、压差大等问题。最后,利用MATLAB/Simulink进行仿真,对所提策略在CHBR运行时的快速响应和抗干扰能力进行了验证。

新一代电压平衡控制大功率级联H桥整流器

讨论了作为新一代级联式无工频变压器第一部分的级联整流器的控制策略;简化了级联整流器的模型,并且建立了基于单相旋转坐标系的数学模型;提出了一种将合成波形所需的开关状态分解到每个级联单元的直流侧电容电压快速平衡控制策略。仿真结果表明,该控制策略不仅可以使每个级联单元直流侧电容电压平衡控制更精确,而且能更加有效地控制系统有功功率和无功功率。

级联H桥整流器的新型直流电压与无功平衡控制策略

为解决级联H桥整流器(cascaded H bridge rectifier,CHBR)的直流侧电压不平衡问题,实现各H桥直流端电压和无功平衡,消除电压平衡控制器与基本双闭环控制器之间的耦合效应,该文提出一种新型的直流侧电压与无功平衡的控制策略。该方法通过对有功和无功占空比按一定关系同时进行修正来实现电压与无功平衡的控制,即使在负载不平衡情况下也能维持直流侧电压和各H桥无功平衡,消除了基本双闭环控制器与电压平衡器之间的耦合效应。同时,分析加入电压平衡控制器的系统稳定性,并讨论电压平衡控制器的有效范围,最后通过仿真和实验验证该方法的有效性和可行性。

直流电压不平衡下的单相级联PWM整流器无锁相环均压控制

在单相级联脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器中,直流电压不平衡情况下的均压控制要求较高,控制性能受锁相环影响较大。为此,提出了一种应用于单相级联PWM整流器中的无锁相环控制策略。利用在两相静止坐标系下瞬时功率与电压、电流的关系计算出指令电流信号,以实现电网电流对电压的跟踪控制;此外,叠加无锁相环均压指令,实现各级均压控制;同时采用准比例谐振控制器实现电流内环无静差控制。仿真结果验证了该无锁相环控制策略的有效性。

一种改进的级联H桥整流器直流电压平衡策略

直流电压平衡策略是级联整流器控制中一个重要的组成部分。比例式脉冲补偿平衡策略是一种典型的电压平衡策略,它可以较好地实现特定工况下的直流电压平衡,但是其平衡效果会受到负载电流大小影响,在不同负载工况下难以自适应。基于这种比例式脉冲补偿平衡策略,通过对电路模型进行分析,提出一种改进电压平衡策略,将负载电流引入调节范围,使整流器在不同负载工况下都能很好地实现直流电压平衡。仿真和实验验证了改进电压平衡策略的有效性。

基于电压补偿分量注入的单相级联H桥整流器载波调制与电容电压平衡方法

无工频牵引变压器技术是实现高速列车轻量化的手段之一。该文首先分析了无工频变压器电力牵引传动系统前端级联H桥整流器的工作原理,以及开关状态和网侧电流对直流侧电容充放电的影响。针对级联H桥整流器电容电压平衡问题,为了实现负载严重不对称情况下直流侧电容电压快速平衡的控制目标,以传统的载波移相脉宽调制方法为基础,提出了一种基于电压补偿分量注入的载波移相脉宽调制算法。考虑负载不平衡度很大的恶劣情况,对该算法的电压补偿分量进行设计与定量计算,并针对该算法多个H桥级联拓扑的应用进行了理论扩展。计算机仿真和半实物实验都验证了该算法的有效性和正确性。

用于机车牵引的新型级联H桥整流器电压平衡方法

级联H桥整流器适用于无输入变压器的高压大容量场合,级联H桥整流器的直流电压平衡方法是其研究重点。本文提出一种新型的电压平衡方法,省去了传统的均衡算法中的多个比例积分调节器。这种基于改进的载波同相层叠正弦脉宽调制(PD-SPWM)的电压的平衡方法实现简单,具有较好的谐波特性,且能够有效地实现不平衡负载条件下,特别是在一个或多个牵引电机处于再生制动状态下的电压平衡控制,并且可以用在任意数量的H桥模块级联中,以适应不同电压等级和功率等级。仿真和实验使所提出的方法的有效性得到了验证。

一种新型斩波级联中压整流器

针对传统的四象限全控整流器输出电压普遍不高,提出了一种新型的级联型中压全控整流器,通过全控整流桥和斩波控制臂组合形成新的整流功率单元,通过功率单元的级联输出实现较高的直流电压输出,本文分析了该种中压整流器的电路拓扑,对新型整流功率单元的运行方式进行研究,推导了该电路拓扑的数学模型和空间矩阵方程,结合电路工作状态进行了数学空间矩阵方程的能控性分析。研究了全控整流器的控制策略,分析了该整流器的单位功率因数整流和低谐波含量特性,并进行了仿真和试验验证。结果表明整流器电路拓扑可以有效的实现对直流侧电压、电流的控制与输出。

一种单相级联H桥整流器SVPWM及其电容电压平衡控制方法

为了满足高速列车轻量化、高速化的发展需求,以多电平变流器为核心的电力电子变压器取代笨重的工频牵引变压器成为当前电力牵引传动系统领域的研究热点。本文以电力电子变压器的牵引传动系统前端级联H桥整流器(CHBR)为研究对象,提出了一种适用于单相任意单元数级联H桥变流器的通用空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法。并给出了各个基本矢量作用时间的计算方法,通过优化矢量作用顺序,使得该调制算法引起的网侧电流畸变较小,各功率器件开关切换次数一致,并且该调制算法本身不会引起直流侧电容电压不平衡。针对其他原因引起的电容电压不平衡问题,提出了一种基于叠加补偿分量调节冗余基本矢量作用时间的SVPWM方法,使得该调制方法具有电容电压平衡能力。计算机仿真和半实物实验都验证了该算法的可行性及直流侧电容电压平衡控制的有效性。

单相级联H桥整流器简化模型预测电流控制

以电力电子变压器(power electronic transformer,PET)牵引传动系统前端的单相级联H桥整流器(cascadedH-bridge rectifiers,CHBR)为研究对象,首先推导了其离散数学模型,并分析了传统有限集模型预测电流控制(finite-control-set model predictive current control,FCS-MPCC)算法原理;然后,为了减小FCS-MPCC算法实现时所带来的巨大计算量,进一步提高系统稳态性能,提出一种基于两矢量的简化模型预测控制算法(simplified model predictive currentcontrol,SMPCC)。所提算法对控制集的选取进行简化,减少备选电压矢量数目,且摒弃传统的在线寻优方法,通过简化计算判断最优扇区,在显著减少数字运算量的同时实现开关频率固定与电容电压平衡控制。最后,将所提算法与2种传统FCS-MPCC算法进行半实物对比验证,实验结果证明了所提算法的合理性和有效性。

一种单相级联H桥整流器电压快速平衡方法

无工频变压器牵引传动系统是实现高速动车组轻量化的有效方式与发展趋势,以解决其前端单相级联H桥整流器(CHBR)直流侧电容电压不平衡问题为研究目标,开展以实现负载严重不对称情况下直流侧电压快速平衡的控制方法研究。分析了已有典型直流侧电压平衡控制方法的缺点,提出了一种基于电压补偿分量注入的单极性载波移相脉宽调制(CPSPWM-VOI)算法,该算法易于扩展到多个H桥级联的情况。与已有典型直流侧电压平衡控制方法对比,该方法具有更快的直流侧电压平衡速度和更强的直流侧电压平衡能力。计算机仿真和半实物实验都验证了该算法的有效性及理论分析的正确性。

单相两级联H桥整流器负载不平衡度范围研究

级联H桥整流器在实际运行中会因负载不平衡产生直流母线电容电压不平衡问题。针对负载不平衡下直流母线电压平衡问题,提出了直流母线参考电压范围内的负载不平衡限制范围。为减小锁相环给系统控制带来的复杂性,采用无锁相环控制结构。通过深入研究二维调制控制算法,推导出两桥调制波电压波形。然后根据功率平衡原则推导出系统稳定运行在单位功率因数下的负载不平衡限制范围,同时给出了直流母线参考电压选取范围。仿真和实验结果验证了所提出的直流侧电压选取范围与负载不平衡限制范围的有效性与可行性,对级联H桥整流器系统参数设计提供了有重要依据。

级联型PWM整流器控制策略研究

提出了一种用于大容量调速系统的级联型PWM整流器新拓扑。与传统调速系统结构相比,该拓扑可以直接与电网连接,省去体积、重量极大的移相变压器,具有重要实际意义。根据该拓扑电路的电压电流关系,建立了数学模型,在此基础上,研究级联型PWM整流器的控制方法,并分析了电流、电压调节器的工作原理,提出直流母线电压平衡的控制策略。仿真结果验证控制方法的有效性。